KR20100073490A

KR20100073490A - 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100073490A
Application number: KR1020080132185A
Authority: KR
Inventors: 최밝음; 허정현
Original assignee: 주식회사 포스코아이씨티
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-07-01
Also published as: US8767866B2; KR101022120B1; US20120114066A1; WO2010074523A3; WO2010074523A2

Abstract

셀간 간섭이 제거될 수 있도록 기지국에서의 가중치 행렬을 결정할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법은 타겟 단말인 제1 단말로의 제1 송신 전력 및 상기 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로의 제2 송신 전력을 결정하는 단계; 상기 제1 송신 전력과 상기 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치(Eigen Value)를 이용하여 고유 벡터(Eigen Vector)를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 고유 벡터를 이용하여 서빙 기지국에서의 가중치 행렬을 결정하는 단계를 포함한다.

빔포밍, 가중치, 전력, 간섭

Description

빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법 및 장치{Method and Apparatus for Determining Weight Matrix for Beamforming}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 가중치 행렬을 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 통신 기술의 발달 및 컨텐츠 산업의 발달로 인해 무선 채널을 통해 대용량 데이터의 고속 전송이 요구되는 경우가 증가하고 있다. 고속으로 데이터를 전송하기 위해서는, 일반적인 데이터 전송에 비해 큰 송신 출력과 전송 대역폭이 요구된다. 따라서, 고속의 통신을 수행하기 위해, 간섭 신호는 줄이고 원하는 신호는 효율적으로 전달하기 위한 방안이 요구되며, 이러한 방안 중 하나로 스마트 안테나(Smart Antenna) 기술, 즉 빔포밍(Beamforming)이 있다.

여기서, 빔포밍은 스마트 안테나의 한 방식으로 마치 무대 위의 배우에게 스포트라이트를 비추는 것과 같이 전송 또는 수신 안테나 빔이 타겟 단말에게만 국한되도록 하는 기술이다.

이러한 빔포밍 기술을 구현하기 위해서 기지국은 각 송신 안테나 별로 가중치 행렬을 결정하여야 하는데, 이러한 가중치 행렬을 결정하기 위한 알고리즘 중 하나로, 제로 포싱(Zero Forcing) 알고리즘이 제안된 바 있다. 제로 포싱 알고리즘은 타겟 단말을 제외한 다른 단말로 향하는 송신 신호가 0이 되도록 가중치 행렬을 결정함으로써 셀간 간섭신호 및 잡음 성분을 감소시키는 알고리즘이다.

그러나, 이러한 제로 포싱 알고리즘은 기지국의 안테나 수가 단말의 전체 안테나의 수 보다 많은 경우에 한하여 적용이 가능한데, 다중 셀(Multi-Cell)환경하에서는 동일한 채널을 사용하는 다수의 단말이 존재하는 것이 일반적이기 때문에, 이러한 제로 포싱 알고리즘은 실제 통신 환경에 있어서는 유용하지 못하다는 문제점이 있으므로 송수신 안테나의 개수에 관계 없이 적용 가능한 가중치 행렬 결정 알고리즘이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 셀간 간섭이 제거될 수 있도록 기지국에서의 가중치 행렬을 결정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 단말에 대한 전송 전력을 이용하여 기지국에서의 가중치 행렬을 결정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 타겟 단말로의 전송 전력과 타겟 단말을 제외한 단말로의 전송 전력의 비율을 이용하여 가중치 행렬을 결정할 수 있는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법 및 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법은 타겟 단말인 제1 단말로의 제1 송신 전력 및 상기 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로의 제2 송신 전력을 결정하는 단계; 상기 제1 송신 전력과 상기 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치(Eigen Value)를 이용하여 고유 벡터(Eigen Vector)를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 고유 벡터를 이용하여 서빙 기지국에서의 가중치 행렬을 결정하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 고유 벡터를 산출하는 단계에서, 상기 고유벡터는 상기 고유치의 크기에 따라 각각 산출하는 것을 특징으로 하고, 상기 가중치 행렬을 결정하는 단계는, 상기 고유 벡터의 순서에 따라 상기 가중치 행렬을 순차적으로 결정하고, 상 기 고유 벡터의 순서는 상기 고유치의 크기 순서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산출된 고유 벡터의 개수는 상기 서빙 기지국에서 송신 되는 스트림의 개수로 결정되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 송신 전력은 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬 및 상기 가중치 행렬을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1 채널 응답 행렬은 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말이 미리 공유하고 있는 사운딩 심볼(Sounding Symbol)를 이용하여 추정되거나, 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말이 미리 공유하고 있는 코드 워드(Code Word)들 중 상기 제1 단말로부터 피드백된 코드 워드에 상응하는 코드 워드로 결정되거나, 상기 제1 단말에서 결정되어 제공되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 송신 전력은, 상기 가중치 행렬의 공액 전치(Conjugate Transpose) 행렬, 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬, 상기 제1 채널 응답 행렬, 및 상기 가중치 행렬의 곱에 대한 트레이스(Trace)값을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제2 송신 전력은 상기 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬 및 상기 가중치 행렬을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제2 송신 전력은, 상기 가중치 행렬의 공액 전치 행렬, 상기 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 각 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합, 및 상기 가중치 행렬의 곱에 대한 트레이스 값을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제2 송신 전력은 상기 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 각 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합을 이용하여 결정되며, 상기 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 각 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합은 상기 제1 및 제2 단말들로부터 수신되는 상향링크 신호의 상관 행렬(Correlation Matrix)에서 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬의 전치 행렬과 상기 제1 채널 응답 행렬의 곱을 뺀 값으로 정의되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 고유치는 상기 제1 송신전력 및 제2 송신 전력의 비율과 하향링크 채널 상의 백색 잡음(White Noise)을 함께 이용하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치는, 단말들의 송신 전력을 결정하는 송신 전력 결정부; 상기 단말들의 송신 전력 중 타겟 단말인 제1 단말의 제1 송신 전력과 제2 단말의 제2 송신 전력을 이용하여 상기 제1 송신 전력 및 제2 송신 전력의 비율로 정의되는 고유치를 산출하고, 상기 고유치를 이용하여 상기 고유치에 상응하는 고유 벡터를 산출하는 고유치 산출부; 및 상기 산출된 고유 벡터를 이용하여 가중치 행렬을 결정하는 가중치 행렬 결정부를 포함한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법을 지원하는 기지국은 타겟 단말인 제1 단말 및 상기 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로부터 전송되는 상향링크 신호를 수신하는 수신 장치; 상기 제1 단말에 대한 제1 송신 전력과 상기 수신된 상향링크 신호를 이용하여 결정되는 상기 제2 단말들에 대한 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치와 상기 고유치에 상응하는 고유벡터를 산출하고, 상기 산출된 고유 벡터를 이용하여 하항링크 신호에 반영될 가중치 행렬을 결정하는 가중치 행렬 결정 장치; 및 상기 하향링크 신호에 상기 결정된 가중치 행렬을 반영하여 상기 제1 및 제2 단말로 전송하는 송신 장치를 포함한다.

본 발명에 따르면, 기지국에서의 각 안테나 별로 가중치 행렬을 결정함으로써 셀간 간섭을 제거할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 각 단말에 대한 전송 전력을 이용하여 가중치 행렬을 결정하므로, 단말의 개수에 제한되지 않고 가중치 행렬을 결정할 수 있고, 따라서 실제 무선 통신 환경에 용이하게 적용할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 타겟 단말로의 전송 전력과 타겟 단말을 제외한 단말로의 전송 전력의 비율을 이용하여 가중치 행렬을 결정하기 때문에 가중치 행렬의 결정을 위한 계산의 복잡성을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 개략적으로 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 기지국(100)은 MISO(Multi Input Single Output) 또는 MIMO(Multi Input Multi Output)환경의 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다. 즉, 기지국(100)은 기지국(100)에 배열된 복수개의 송수신 안테나를 이용하여 한 개의 송수신 안테나 또는 복수개의 송수신 안테나를 가지는 단말과 데이터를 송수신하게 된다.

이러한 기지국(100)은 도시된 바와 같이, 가중치 행렬 결정 장치(110), 스케쥴링 장치(120), 대역신호 처리 장치(130), 송신 장치(140), 수신 장치(150), 및 복수개의 송수신 안테나(160)를 포함한다.

가중치 행렬 결정 장치(110)는 기지국(100)에 배열된 각 안테나(160) 별로 빔포밍(Beamforming)을 위한 가중치 행렬을 결정하는 것으로서, 본 발명에 따른 가중치 행렬 결정 장치(110)는 기지국(100)에서 타겟 단말인 제1 단말로의 송신 전력과 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로의 송신 전력의 비율이 최대가 되게 하는 고유 벡터를 이용하여 가중치 행렬을 결정한다. 이를 위해 가중치 행렬 결정 장치(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 송신 전력 결정부(200), 고유치 산출부(210), 및 가중치 행렬 결정부(220)를 포함한다.

먼저, 송신 전력 결정부(200)는 제1 단말로 전송되는 제1 하향링크 신호의 제1 송신 전력 및 제2 단말들로 전송되는 제2 하향링크 신호의 제2 송신 전력을 결정한다. 이때, 제1 단말로 전송되는 제1 하향링크 신호는 아래의 수학식 1과 같이 정의될 수 있고, 제2 단말들로 전송되는 제2 하향링크 신호는 아래의 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.

수학식 1 및 2에서,

는 기지국(100)과 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬을 나타내고,

는 기지국(100)과 제2 단말들 중 k번째 단말 간의 제2 채널 응답 행렬을 나타내며,

은 후술할 가중치 행렬 결정부(120)에 의해 결정되는 가중치 행렬을 나타내고,

은 기지국에서 각 단말로 전송되는 하향링크 스트림을 나타낸다.

한편, 송신 전력 결정부(200)는 각 단말로 전송되는 하향링크 신호의 공액 전치(Conjugate Transpose)행렬과 각 단말로 전송되는 하향링크 신호의 곱을 이용하여 각 단말로 전송되는 하향링크 신호의 송신 전력을 결정할 수 있는데, 이러한 경우, 제1 하향링크 신호의 제1 송신 전력은 아래의 수학식 3과 같이 정의되고, 제2 하향링크 신호의 제2 송신 전력은 아래의 수학식 4와 같이 정의된다.

수학식 3 및 수학식 4에서, {X}^H는 행렬 X의 공액 전치 행렬을 나타낸다. 한편, 각 스트림 간에는 서로 연관성(Correlation)이 없고 일정한 평균 심볼 전력을 가지기 때문에, 아래의 수학식 5와 같은 관계가 성립하게 되고, 따라서 상술한 수학식 3 및 4에서 각각 정의된 제1 및 제2 송신 전력은 아래의 수학식 6 및 7과 같이 정의될 수 있다.

상술한 수학식 6 및 7에서 Tr(X)는 행렬 X에 대한 트레이스(Trace)를 의미한다.

상술한 수학식 1, 수학식 3, 및 수학식 6에서 제1 송신 전력의 결정에 이용되는 제1 채널 응답 행렬과 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬의 곱을 구하기 위해서는 먼저 제1 채널 응답 행렬을 획득하여야만 하는데, 송신 전력 결정부(110)은 다양한 방법을 통해 제1 채널 응답 행렬을 획득할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 단말과 서로 미리 공유하고 있는 사운딩 심볼(Sounding Symbol)이 제1 단말로부터 수신되면, 수신된 사운딩 심볼로부터 제1 채널 응답 행렬을 추정할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 제1 단말이 하향링크 채널을 추정한 후 채널 추정 결과를 이용하여 기지국(100)과 서로 미리 공유하고 있는 코드 워드(Code Word)들 중 어느 하나를 선택하여 전송하면, 제1 단말로부터 전송된 코드 워드를 이용하여 제1 채널 응답 행렬을 결정할 수도 있다.

또 다른 실시예에 있어서는, 송신 전력 결정부(200)는 제1 단말에 의해 추정된 제1 채널 응답 행렬을 제1 단말로부터 직접 피드백 받을 수도 있을 것이다.

한편, 송신 전력 결정부(110)는 상술한 수학식 2, 수학식 4, 및 7에서 제2 송신 전력의 결정에 이용되는 제2 채널 응답 행렬 및 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬의 곱을 직접 추정할 수는 없으므로, 후술할 수신 장치(150)를 통해 각 단말들로부터 수신되는 상향링크 신호, 상술한 제1 채널 응답 행렬, 및 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬을 이용하여 제2 송신 전력의 결정에 이용되는 제2 채널 응답 행렬 및 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬의 곱을 결정할 수 있다.

구체적으로, 먼저 송신 전력 결정부(200)는 아래의 수학식 8에 기재된 바와 같은 상향링크 신호를 이용하여 수학식 9에 기재된 바와 같이 상향링크 신호의 상관 행렬(Correlation Matrix)을 산출한다.

수학식 8 및 9에서,

는 상향링크 신호를 나타내고,

는 상향링크 신호의 상관 행렬을 나타내는 것으로서, 수학식 8 및 9에서는 설명의 편의를 위해 상향링크 채널 상에 존재하는 잡음은 무시하였다.

이후, 송신 전력 결정부(200)는 수학식 9에 기재된 상향링크 신호의 상관 행렬인

과 상술한 제1 채널 응답 행렬 및 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬의 곱인

간의 차를 구함으로써 상술한 제2 채널 응답 행렬 및 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬의 곱인

을 산출하게 된다.

다음으로, 고유치 산출부(210)는 송신 전력 결정부(200)에 의해 결정된 제1 송신 전력과 제2 송신 전력의 비율을 결정하고, 결정된 비율에 대한 고유치(Eigen Value)들 및 각 고유치에 상응하는 고유 벡터(Eigen Vector)을 산출한다. 제1 송신 전력과 제2 송신 전력이 상술한 수학식 6 및 7과 같을 때 제1 송신 전력과 제2 송신 전력의 비율은 아래의 수학식 10과 같이 결정될 수 있다.

따라서, 수학식 10에 기재된 제1 송신 전력과 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치를

라 한다면, 상술한 수학식 10은 아래의 수학식 11과 같이 전개될 수 있 다.

수학식 11에서, 만약 서비스 되는 스트림의 개수가 1개라면 수학식 11은 아래의 수학식 12와 같이 전개될 수 있고, 이는 다시 수학식 13에 기재된 전개 과정을 거쳐 최종적으로 수학식 14와 같이 기재될 수 있다.

여기서, 수학식 14는 전형적인 고유치 문제(Eigen Value Problem)를 나타내는 수학식임을 알 수 있다. 따라서, 만약, 행렬

의 랭크(Rank)가 R이라면 수학식 14로부터 R개의 고유치 및 산출된 R개의 고유치 각각에 상응하는 고유 벡터(Eigen Vector)들을 산출할 수 있게 된다.

상술한 실시예에 있어서는, 하항링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음(White Noise)을 고려하지 않고 각 고유치들을 산출하는 것으로 설명하였으나, 변형된 실시예에 있어서는 하향링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음을 고려하여 각 고유치들을 산출할 수도 있을 것이다. 하향링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음을 고려하여 고유치들을 산출하는 경우 상술한 수학식 14는 아래의 수학식 15로 대체될 수 있을 것이다.

이때, 하향링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음을 정확히 알 수 없는 경우, 고유치 산출부(210)는 상향링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음을 하향링크 채널 상 에 존재하는 백색 잡음으로 간주할 수 있을 것이다.

다음으로, 가중치 행렬 결정부(220)는 고유치 산출부(210)에 의해 산출된 고유 벡터들을 이용하여 기지국(100)에 배열된 각 안테나에 대한 가중치 행렬을 결정한다. 일 실시예에 있어서, 가중치 행렬 결정부(220)는 가중치 행렬을 결정함에 있어서, 산출된 고유 벡터들 중 해당 고유 벡터에 상응하는 고유치가 큰 순서대로 가중치 행렬 결정에 이용될 고유 벡터를 결정할 수 있고, 이때 가중치 행렬에 이용될 고유 벡터의 개수는 기지국(100)에 의해 서비스 되는 스트림의 개수에 따라 결정할 수 있다.

예컨대, 기지국(100)에 의해 서비스 되는 스트림의 개수가 1개인 경우 가중치 행렬 결정부(200)는 고유 벡터들 중 최대 고유치에 상응하는 고유 벡터를 이용하여 가중치 행렬을 결정할 수 있다. 또한, 기지국(100)에 의해 서비스 되는 스트림의 개수가 2개인 경우 가중치 행렬 결정부(200)는 고유 벡터들 중 최대 고유치에 상응하는 고유벡터와 최대 고유치 다음으로 큰 고유치에 상응하는 고유벡터를 이용하여 가중치 행렬을 결정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 가중치 행렬 결정 장치(110)는 타겟 단말인 제1 단말로의 제1 전송 전력과 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로의 제2 전송 전력의 비율을 산출하고, 그 비율이 최대가 되도록 하는 고유 벡터들을 이용하여 가중치 행렬을 결정하기 때문에 기지국의 송수신 안테나의 개수에 관계없이 적용할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 스케줄링 장치(120)는 각 단말에 대한 최적 성능의 채널을 찾은 후, 최적 성능의 채널이 각 단말에 할당되도록 스케줄링 동작을 수행 한다. 스케줄링 장치(120)는 기지국(100)의 가용 가능한 무선 자원을 각 단말에게 어떤 규칙으로 배분할 것인지를 결정하고, 매 프레임마다 각 단말에게 전송될 하향링크 신호의 송ㅇ수신을 위해 현재 프레임의 상향링크 서브 프레임 및 하향 링크 서브 프레임의 전체 버스트 영역에서 할당 가능한 큐(queue)를 확인하여 서브 채널을 할당 및 관리한다.

대역신호 처리 장치(130)는 수신 경로에서는 후술할 수신 장치(150)를 통해 수신된 상향링크 신호에서 데이터 비트를 추출하여 복조, 디코딩, 및 에러정정 과정을 수행한다. 이렇게 수신된 정보는 인터페이스(미도시)를 통해 인접 유/무선 네트워크(미도시)로 전달되거나, 송신 경로를 거쳐 기지국(100)에 의하여 서비스되는 각 단말들로 전송된다. 또한, 송신 경로에서는 스케쥴링 장치(120)로부터 제공되는 하향링크 신호 및 제어 신호를 부호화한 후 송신 장치(130)로 제공한다.

송신 장치(140)는 스케쥴링 장치(120)에 의해 스케쥴링된 하향링크 신호를 복수개의 안테나(160)를 이용하여 각 단말로 전송한다. 이때, 송신 장치(140)는 상술한 가중치 행렬 결정 장치(110)에 의해 결정된 각 가중치들을 하향링크 신호가 송신되는 안테나 별로 반영한 후, 복수개의 안테나(160)를 통해 각 단말로 전송한다. 송신 장치(140)를 통해 제1 단말로 전송되는 하향링크 신호의 형태는 상술한 수학식 1에서 이미 설명하였고, 제2 단말들로 전송되는 하향링크 신호의 형태는 상술한 수학식 2에서 이미 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 이러한 송신 장치(140)는 스케줄러(120)의 스케줄링 결과에 따라 프레임에 할당되는 하향링크 신호를 원하는 송신 주파수 또는 주파수들을 갖는 반송파 신호로 변조하고, 이 변조된 반송파 신호를 송신에 적합한 레벨로 증폭하여 복수개의 안테나(160)를 통해 공중으로 전파하게 된다.

수신 장치(150)는 복수개의 안테나(160)를 통하여 각 단말들로부터 수신되는 상향링크 신호를 수신하여 상술한 가중치 행렬 결정 장치(110) 및 대역 신호 처리 장치(130)로 제공하는 것으로서, 수신 장치(150)에 의해 각 단말로 수신되는 신호는 상술한 수학식 8에서 이미 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다. 수학식 8에서는 상향링크 채널에 존재하는 잡음을 무시하고 기재하였으나, 상향링크 채널 상에 존재하는 잡음을 고려한다면 상술한 수학식 8은 아래의 수학식 16으로 대체될 수 있고, 이에 따라 상술한 수학식 9도 아래의 수학식 17로 대체될 수 있을 것이다.

한편, 수신 장치(150)는 각 단말들로부터 수신되는 상향링크 신호들을 기저대역 신호로 변환하는데, 예컨대, 수신 장치(150)는 기지국(100)의 데이터 수신을 위하여 상술한 상향링크 신호로부터 잡음을 제거하고 증폭하며, 이 증폭된 신호를 기저대역 신호로 다운 컨버팅하고, 다운 컨버팅된 기저대역 신호를 디지털화하게 된다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법을 보여주는 플로우차트이다. 도시된 바와 같이, 타겟 단말인 제1 단말로의 제1 송신 전력과 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로의 제2 송신 전력을 결정한다(S300). 이때, 이때, 각 단말로의 전송 전력은 각 단말로 전송되는 하향링크 신호의 공액 전치(Conjugate Transpose)행렬과 각 단말로 전송되는 하향링크 신호의 곱을 이용하여 결정할 수 있는데, 이러한 경우, 제1 송신 전력 및 제2 송신 전력은 최종적으로 각각 상술한 수학식 6 및 수학식 7과 같이 정의될 수 있다.

이러한 경우, 제1 송신 전력의 결정에 이용되는 제1 채널 응답 행렬 및 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬의 곱을 구하기 위해서는 먼저 제1 채널 응답 행렬을 획득하여야만 하는데, 이러한 제1 채널 응답 행렬은 제1 단말과 기지국이 서로 미리 공유하고 있는 사운딩 심볼을 이용하여 추정하거나, 제1 단말과 기지국이 서로 미리 공유하고 있는 코드 워드들 중 제1 단말로부터 전송되는 코드 워드를 이용하여 제1 채널 응답 행렬을 결정할 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 제1 단말에 의해 추정된 제1 채널 응답 행렬을 제1 단말로부터 직접 피드백 받을 수도 있을 것이다.

한편, 제2 송신 전력의 결정에 이용되는 제2 채널 응답 행렬 및 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬의 곱은 각 단말들로부터 수신되는 상향링크 신호, 상술 한 제1 채널 응답 행렬, 및 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬을 이용하여 결정할 수 있다. 이에 대한 설명은 상술한 수학식 8 및 9를 통해 이미 설명하였으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 제1 송신 전력과 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치들 및 각 고유치들에 상응하는 고유 벡터들을 산출한다(S310). 이때, 제1 송신 전력과 제2 송신 전력의 비율은 상술한 수학식 10과 같이 결정될 수 있으므로, 제1 송신 전력과 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치들은 상술한 수학식 14에 기재된 바와 같이 전형적인 고유치 문제의 해결 방법을 통해 산출할 수 있다.

한편, 이러한 고유치들을 산출하는 과정에서 하항링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음을 함께 고려하여 고유치들을 산출할 수 있는데, 하향링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음을 정확히 알 수 없는 경우, 상향링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음을 하향링크 채널 상에 존재하는 백색 잡음으로 간주할 수 있다.

다음으로, S310에서 산출된 고유 벡터들을 이용하여 기지국에 배열된 각 안테나 별로 가중치 행렬을 결정한다(S320). 일 실시예에 있어서, 가중치 행렬을 결정함에 있어서, S310에서 산출된 고유 벡터들 중 각 고유 벡터에 상응하는 고유치가 큰 순서대로 가중치 행렬 결정에 이용될 고유 벡터를 결정할 수 있고, 이때 가중치 행렬에 이용될 고유 벡터의 개수는 기지국에 의해 서비스 되는 스트림의 개수에 따라 결정할 수 있다.

예컨대, 기지국에 의해 서비스 되는 스트림의 개수가 1개인 경우에는 고유 벡터들 중 최대 고유치에 상응하는 고유 벡터를 이용하여 가중치 행렬을 결정할 수 있고, 기지국에 의해 서비스 되는 스트림의 개수가 2개인 경우에는 고유 벡터들 중 최대 고유치에 상응하는 고유벡터와 최대 고유치 다음으로 큰 고유치에 상응하는 고유벡터를 이용하여 가중치 행렬을 결정할 수 있다.

이후, 마지막으로 S310에서 결정된 각 안테나 별 가중치 행렬을 제1 단말 및 제2 단말로 전송할 하향링크 신호에 반영하여 제1 및 제2 단말로 전송한다(S320).

도 4a는 본 발명에 따른 가중치 행렬 결정 방법에 따라 가중치 행렬을 결정한 경우의 BER(Bit E Rate)을 보여주고, 도 4b는 종래 기술에 따라 가중치 행렬을 결정한 경우의 BER을 보여주는 도면이다. 도 4에 도시된 각 그래프들의 설명에서 제일 왼쪽의 숫자는 기지국 안테나 개수를 나타내고, 중간의 숫자는 단말의 안테나 개수를 나타내며, 제일 오른쪽의 숫자는 사용자의 수를 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이, 모든 경우에 있어서 동일한 SNR(Signal Noise Ratio)하에서는 본 발명에 따른 가중치 행렬 결정 방법이 종래 기술에 비해 더 개선된 BER을 나타냄을 알 수 있다.

상술한 가중치 행렬 결정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 이때, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 한편, 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테 이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 한편, 이러한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다.

또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 개략적인 구성을 보여주는 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 가중치 행렬 결정 장치의 세부 구성을 보여주는 블록도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법을 보여주는 플로우차트.

도 4는 본 발명에 따른 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법과 종래 기술의 성능을 비교하여 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 기지국 110: 가중치 행렬 결정 장치

120: 스케쥴링 장치 130: 대역신호 처리 장치

140: 송신 장치 150: 수신 장치

160: 안테나 200: 송신 전력 결정부

210: 고유치 산출부 220: 가중치 행렬 결정부

Claims

타겟 단말인 제1 단말로의 제1 송신 전력 및 상기 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로의 제2 송신 전력을 결정하는 단계;

상기 제1 송신 전력과 상기 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치(Eigen Value)를 이용하여 고유 벡터(Eigen Vector)를 산출하는 단계; 및

상기 산출된 고유 벡터를 이용하여 서빙 기지국에서의 가중치 행렬을 결정하는 단계를 포함하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 고유 벡터를 산출하는 단계에서,

상기 고유벡터는 상기 고유치의 크기에 따라 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제2항에 있어서, 상기 가중치 행렬을 결정하는 단계는,

상기 고유 벡터의 순서에 따라 상기 가중치 행렬을 순차적으로 결정하고, 상기 고유 벡터의 순서는 상기 고유치의 크기 순서인 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 산출된 고유 벡터의 개수는 상기 서빙 기지국에서 송신 되는 스트림의 개수로 결정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 송신 전력은 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬 및 상기 가중치 행렬을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1 채널 응답 행렬은 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말이 미리 공유하고 있는 사운딩 심볼(Sounding Symbol)를 이용하여 추정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1 채널 응답 행렬은 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말이 미리 공유하고 있는 코드 워드(Code Word)들 중 상기 제1 단말로부터 피드백된 코드 워드에 상응하는 코드 워드로 결정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1 채널 응답 행렬은 상기 제1 단말에서 결정되어 제공되는 것을 특징 으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 송신 전력은, 상기 가중치 행렬의 공액 전치(Conjugate Transpose) 행렬, 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬, 상기 제1 채널 응답 행렬, 및 상기 가중치 행렬의 곱에 대한 트레이스(Trace)값을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 송신 전력은 상기 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬 및 상기 가중치 행렬을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 송신 전력은, 상기 가중치 행렬의 공액 전치 행렬, 상기 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 각 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합, 및 상기 가중치 행렬의 곱에 대한 트레이스 값을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 송신 전력은 상기 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 각 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합을 이용하여 결정되며, 상기 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 각 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합은 상기 제1 및 제2 단말들로부터 수신되는 상향링크 신호의 상관 행렬(Correlation Matrix)에서 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬의 전치 행렬과 상기 제1 채널 응답 행렬의 곱을 뺀 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 고유치는 상기 제1 송신전력 및 제2 송신 전력의 비율과 하향링크 채널 상의 백색 잡음(White Noise)을 함께 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 방법.
단말들의 송신 전력을 결정하는 송신 전력 결정부;

상기 단말들의 송신 전력 중 타겟 단말인 제1 단말의 제1 송신 전력과 제2 단말의 제2 송신 전력을 이용하여 상기 제1 송신 전력 및 제2 송신 전력의 비율로 정의되는 고유치를 산출하고, 상기 고유치를 이용하여 상기 고유치에 상응하는 고유 벡터를 산출하는 고유치 산출부; 및

상기 산출된 고유 벡터를 이용하여 가중치 행렬을 결정하는 가중치 행렬 결 정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 가중치 행렬 결정부는, 상기 고유치 산출부에 의해 복수개의 고유 벡터가 산출된 경우 상기 복수개의 고유벡터들 중 고유치의 크기가 큰 순서대로 소정 개수의 고유벡터를 순차적으로 이용하여 상기 가중치 행렬을 결정하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 가중치 행렬 결정부는, 상기 가중치 행렬에 이용될 상기 고유 벡터의 개수를 서빙 기지국에서 송신 되는 스트림의 개수로 결정하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 송신 전력 결정부는, 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬 및 상기 가중치 행렬을 이용하여 상기 제1 송신 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 가중치 행렬 결정 장치.
제17항에 있어서,

상기 제1 채널 응답 행렬은 상기 제1 단말에서 결정되어 제공되거나, 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말이 미리 공유하고 있는 사운딩 심볼을 이용하여 추정되거나, 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말이 미리 공유하고 있는 코드 워드들 중 상기 제1 단말로부터 전송되는 코드 워드에 상응하는 코드 워드로 결정되는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 송신 전력 결정부는, 상기 가중치 행렬의 공액 전치 행렬, 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬, 상기 제1 채널 응답 행렬, 및 상기 가중치 행렬의 곱에 대한 트레이스 값을 이용하여 상기 제1 송신 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 송신 전력 결정부는, 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬 및 상기 가중치 행렬을 이용하여 제2 송신 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 송신 전력 결정부는, 상기 가중치 행렬의 공액 전치 행렬, 서빙 기지국과 상기 각 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합, 및 상기 가중치 행렬의 곱에 대한 트레이스 값을 이용하여 상기 제2 송신 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 송신 전력 결정부는, 서빙 기지국과 상기 제2 단말 간의 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 각 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합을 이용하여 상기 제2 송신 전력을 결정하고, 상기 제2 채널 응답 행렬의 공액 전치 행렬과 상기 제2 채널 응답 행렬을 곱한 결과들의 합은 상기 제1 및 제2 단말들로부터 전송되는 상향링크 신호에 대한 상관 행렬에서 상기 서빙 기지국과 상기 제1 단말 간의 제1 채널 응답 행렬의 전치 행렬과 상기 제1 채널 응답 행렬의 곱을 뺀 값을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
제14항에 있어서,

상기 고유치 산출부는, 상기 제1 송신 전력 및 제2 송신 전력의 비율과 하향링크 채널 상의 백색 잡음을 함께 이용하여 상기 고유치를 산출하는 것을 특징으로 하는 빔포밍을 위한 가중치 행렬 결정 장치.
타겟 단말인 제1 단말 및 상기 타겟 단말을 제외한 제2 단말들로부터 전송되는 상향링크 신호를 수신하는 수신 장치;

상기 제1 단말에 대한 제1 송신 전력과 상기 수신된 상향링크 신호를 이용하 여 결정되는 상기 제2 단말들에 대한 제2 송신 전력의 비율에 대한 고유치와 상기 고유치에 상응하는 고유벡터를 산출하고, 상기 산출된 고유 벡터를 이용하여 하항링크 신호에 반영될 가중치 행렬을 결정하는 가중치 행렬 결정 장치; 및

상기 하향링크 신호에 상기 결정된 가중치 행렬을 반영하여 상기 제1 및 제2 단말로 전송하는 송신 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.